القوى وقوانين نيوتن والعزوم
| English | العربية |
|---|---|
| force/fɔːs/ | القوة |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | الاحتكاك |
| extension/ekˈstenʃn/ | تمدد |
| limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ | حد التناسب |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | ثابت الزنبرك |
| resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ | القوة المحصلة |
| drag/dræɡ/ | سحب |
| moment/ˈməʊmənt/ | اللحظة |
| pivot/ˈpɪvət/ | نقطة المحور |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | الاتزان |
| centre of gravity/ˈsentə ɒv ˈɡrævɪti/ | مركز الثقل |
الدفعات والسحب
- القوة هي دفع أو سحب.
- يمكن للقوة أن تغير شكل الجسم، أو سرعة، أو اتجاه حركته.
- تغطي هذه الدرس التمدد، وقوانين نيوتن، والاحتكاك، وآثار الدوران، والتوازن.
التمدد: قانون هوك
- علق حملاً على نابض فيتمدد. مقدار الامتداد هو الاستطالة.
- في رسم بياني للـ حمول–استطالة، يكون الخط مستقيمًا في البداية: الاستطالة متناسبة مع الحمل.
- النقطة التي يتوقف فيها الخط عن الاستقامة هي حد التناسب.
- ثابت النابض هو القوة لكل وحدة استطالة:
- ثابت $k$ كبير يعني نابضًا صلبًا.
القوى وقوانين نيوتن
F = ma (الحاصل)
القوة المحصلة تحدد التسارع؛ القوى المتوازنة ⇒ لا يوجد تسارع.
قوة مقدارها $8.0\ \text{N}$ مدّت نابضاً بمقدار $0.040\ \text{m}$ (ضمن حد التناسب). ما ثابت النابض بـ N/m؟
$k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{8.0}{0.040} = 200\ \text{N/m}$.
المحصلة وقوانين نيوتن
- اجمع القوى على خط واحد للحصول على القوة المحصلة (اتجاه موجب، والاتجاه الآخر سالب).
- إذا كانت القوة المحصلة صفرية: يبقى الجسم ساكنًا، أو يستمر في الحركة بسرعة ثابتة (قانون نيوتن الأول).
- إذا كانت القوة المحصلة لا تساوي صفرًا: يتسارع الجسم في اتجاه القوة:
- كل قوة تأتي في زوج: إذا دفع A بـ B، فإن B يدفع أيضًا على A بقوة مساوية ومعاكسة الاتجاه (قانون نيوتن الثالث).
محصلة القوى المؤثرة على سيارة متحركة تساوي صفرًا. ماذا تفعل السيارة؟
قانون نيوتن الأول: مع صفر محصلة القوى، يستمر الجسم في الحركة بسرعة ثابتة (أو يبقى ساكناً).
قوة محصلة مقدارها $6.0\ \text{N}$ تؤثر على عربة كتلتها $2.0\ \text{kg}$. ما تسارعها بـ m/s²؟
$F = ma$، إذن $a = \dfrac{F}{m} = \dfrac{6.0}{2.0} = 3.0\ \text{m/s}^2$.
الاحتكاك
- الاحتكاك هو القوة بين سطحين متلامسين.
- يعمل دائمًا معاكسًا للحركة، ويسبب ارتفاع حرارة الأسطح.
- السحب (الاحتكاك في سائل أو غاز، مثل مقاومة الهواء) يبطئ الأجسام بنفس الطريقة.
القوى الأربع المؤثرة على صندوق يُدفع على الأرض
العزوم — تأثير الدوران
- العزم للقوة هو تأثيرها الدوار حول نقطة ارتكاز:
- الوحدة هي نيوتن متر (N m).
- مبدأ العزوم: عندما يكون الجسم في حالة توازن، مجموع العزوم في اتجاه عقارب الساعة = مجموع العزوم عكس اتجاه عقارب الساعة.
- يكون الجسم في توازن عندما لا توجد قوة محصلة ولا عزم محصل.
تم دفع مفتاح ربط بقوة $20\ \text{N}$ على مسافة عمودية قدرها $0.50\ \text{m}$ من المسمار. ما العزم بـ N m؟
العزم = القوة × المسافة العمودية = $20 \times 0.50 = 10\ \text{N m}$.
تتوازن رفّة. على اليسار، وزن مقدارہ $30\ \text{N}$ يقع على مسافة $0.20\ \text{m}$ من نقطة الارتكاز. على اليمين، يوجد وزن على مسافة $0.60\ \text{m}$ من نقطة الارتكاز. ما وزن الجانب الأيمن بـ N؟
متوازن ⇒ عزم عقارب الساعة = عزم عكس عقارب الساعة: $30 \times 0.20 = F \times 0.60$، إذن $F = \dfrac{6.0}{0.60} = 10\ \text{N}$.
صل كل فكرة بما تعنيه.
يربط كل بند المصطلح بمعناه الصحيح.
مركز الثقل والاستقرار
- مركز الثقل هو النقطة المفردة التي يبدو أن جميع الأوزان تؤثر عليها.
- يكون الجسم أكثر استقرارًا عندما يكون مركز ثقله منخفضًا وقاعدته واسعة.
- ينقلب عندما يعبر مركز الثقل خارج القاعدة.
أي جسم هو الأكثر استقراراً (الأصعب في إسقاطه)؟
مركز ثقل منخفض وقاعدة واسعة يجعلان الجسم مستقراً. الأشكال الطويلة والرفيعة تنقلب بسهولة.
لقد فهمت الأمر
- ثابت النابض $k = \dfrac{F}{x}$، خط مستقيم حتى حد التناسب
- محصلة صفرية → سرعة ثابتة؛ قوة محصلة $F = ma$
- العزم = القوة × المسافة العمودية؛ متوازن ⇒ عزوم عقارب الساعة = عزوم عكس عقارب الساعة
- مستقر = منخفض مركز ثقل + واسعة قاعدة